【JavaEE】——单例模式引起的多线程安全问题:“饿汉/懒汉”模式,及解决思路和方法(面试高频)

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三三是该溜子 发表于 2025/05/05 10:44:36 2025/05/05
【摘要】 ​阿华代码,不是逆风,就是我疯,你们的点赞收藏是我前进最大的动力!!希望本文内容能够帮助到你!目录一:单例模式(singleton)二:“饿汉模式”三:“懒汉”模式四:“饿汉”模式线程安全问题五:“懒汉”模式的线程安全问题六:指令重排序问题一:单例模式(singleton)1:概念单例模式就是,在java进程中,要求指定的类,只能有一个对象我们通过一些特殊的技巧来确保,我们的实例(对象)只有...


阿华代码,不是逆风,就是我疯,你们的点赞收藏是我前进最大的动力!!希望本文内容能够帮助到你!

目录

一:单例模式(singleton)

二:“饿汉模式”

三:“懒汉”模式

四:“饿汉”模式线程安全问题

五:“懒汉”模式的线程安全问题

六:指令重排序问题

一:单例模式(singleton)
1:概念
单例模式就是,在java进程中,要求指定的类,只能有一个对象

我们通过一些特殊的技巧来确保,我们的实例(对象)只有一个——换句话说,就是如果我们尝试new多个实例,编译器就会报错。

二:“饿汉模式”
1:前引
(1)知识科普

我们先认识俩个单词——singleton(单例模式)和getInstance(获取实例)

(2)每个类只能有一个类对象,比如Thread类,Thread.class(获取到Thread这个类的类对象)它是从.class文件加载到内存当中的

2:代码编译
package thread;

/**

  • Created with IntelliJ IDEA.
  • Description:
  • User: Hua YY
  • Date: 2024-09-24
  • Time: 13:20
    */
    class Singleton{
    private static Singleton instance = new Singleton();
    public static Singleton getInstance(){//返回值类型为Singleton
    return instance;
    }
    private Singleton(){
    //静态构造方法让你访问不到
    }

}
public class ThreadDemon28 {
//“饿汉模式”
public static void main(String[] args) {
Singleton s1 = Singleton.getInstance();
Singleton s2 = Singleton.getInstance();
System.out.println(s1 == s2);//判断s1和s2是否指向的是同一个对象

}

}

3:代码分析

最后我们在main方法中比较s1,s2获取到的地址是否相同(s1,s2所指向的对象)

4:解释为什么叫“饿汉模式”
因为我们在类加载的时候就创建了这个实例,(初始化静态成员变量),这个时机非常的早——相当于程序一启动,实例就创建好了。所以就用“饿汉”来形容创建实例非常的迫切非常早

三:“懒汉”模式
1:前引
“懒汉”模式相对于“饿汉”模式不同的地方在于创建实例的时机更加晚一些,下面我们通过代码来进行展示

2:代码编译
package thread;

/**

  • Created with IntelliJ IDEA.

  • Description:

  • User: Hua YY

  • Date: 2024-09-24

  • Time: 13:52
    */
    class SingletonLazy{
    private static SingletonLazy instance = null;
    public static SingletonLazy getInstance(){
    if (instance == null){ //如果instance为null,则进入if创建实例,创建实例的时机是第一次调用getInstance这个方法
    instance = new SingletonLazy();
    }
    return instance;//第二次第三次调用getInstance()这个方法,就不会进入if语句中,而直接返回instance了
    }

    private SingletonLazy(){

    }
    }
    public class ThreadDemon29 {
    public static void main(String[] args) {
    SingletonLazy s1 = SingletonLazy.getInstance();
    SingletonLazy s2 = SingletonLazy.getInstance();
    System.out.println(s1 == s2);
    }

}

3:代码分析
很明显的不同是,初始,instance初始化为null,并没有实例化对象,只有第一次调用了getInstance方法后才会实例化SingletonLazy

4:“懒汉”的优点
例如现在有一个非常大的文件(1个G)

“饿汉”模式会直接把一个G全部加载到内存中,在进行展示。

“懒汉”模式会先加载100kb的数据到内存中,随着用户的翻页,在逐步的加载到内存当中

5:比较“饿汉”和“懒汉”
(1)创建时机上“饿汉”更早

(2)“饿汉”创建实例依赖于程序驱动,“懒汉”创建实例依赖于调用方法

四:“饿汉”模式线程安全问题

对于饿汉模式,无论有多少个线程在调用getInstance 方法,都会返回instance,对于return这一条代码来说,只有一个“读操作”,线程是非常安全的

五:“懒汉”模式的线程安全问题
1:重复创建实例
①看下面这个例子,我们拆分if里面的代码,会发现实例被new了两次,这就不是单例模式了,就有bug了

②有人说:不就是多new了个对象嘛,问题不大~~~。但是对于单例模式来说,一个对象可能要管理10GB的内存,或者更大,多new一个对象,就多翻了一倍的内存啊!!

2:解决问题
想办法给if条件和创建实例进行打包——用关键字synchronized。

(1)解决思路的核心本质:
是让,if语句打包成一个整体,成为“原子性操作”

(2)缺点:
①效率降低:
以下加锁的思路有一个致命缺点,我们保证多线程下我们创建出来的实例就只有一个是通过“加锁”和“解锁”来解决的,但是这个过程很耗费资源

②不可预期:
一旦线程发生了阻塞,那么什么时候解除阻塞我们是不可控制和预期的

3:优化效率问题
(1)问题解释

(2)解决方法

六:指令重排序问题
前引:
指令重排序是编译器优化的一种方式,调整原有代码的执行顺序,保证逻辑不变的前提下,提高程序的效率

1:代码拆分三指令
上面这段代码可以分为三个指令来执行

①申请一段内存空间                    (买房子)

②在这段内存上,调用构造方法,初始化实例       (给房子装修)

③把内存地址赋值给instance                             (拿到房子的钥匙)

package thread;

/**

  • Created with IntelliJ IDEA.

  • Description:

  • User: Hua YY

  • Date: 2024-09-24

  • Time: 13:52
    */
    class SingletonLazy{
    private static Object locker1 = new Object();
    private static SingletonLazy instance = null;
    public static SingletonLazy getInstance(){
    if (instance == null){
    synchronized(locker1){
    if (instance == null){ //如果instance为null,则进入if创建实例,创建实例的时机是第一次调用getInstance这个方法
    instance = new SingletonLazy();
    }
    }
    }

     return instance;//第二次第三次调用getInstance()这个方法,就不会进入if语句中,而直接返回instance了
    

    }

    private SingletonLazy(){

    }
    }
    public class ThreadDemon29 {
    public static void main(String[] args) {
    SingletonLazy s1 = SingletonLazy.getInstance();
    SingletonLazy s2 = SingletonLazy.getInstance();
    System.out.println(s1 == s2);
    }

}
2:分析
我们延用上面的代码

上述三个指令的执行顺序可以为①②③,也可以为①③②

问题出现在如果执行顺序为①③②上

3:代码解释
线程t1经过代码优化后,先执行③赋值地址,此时instance只是接收了一个地址,它所指向的是一个尚未被初始化的对象,这个对象啥也不是,可以理解成“全为0”

恰巧此时线程t2插入,进入if条件判断,判断instance != null,线程t2以为实例已经创建完毕,直接return instance,假设t2紧接着调用instance里面的方法或者属性,就会出现大问题。

4:解锁思路
加入关键字volatile

(1)复习volatile两个功能
①保证内存可见性(即每次访问变量都要重新读取内存,而不会优化到寄存器或者缓存当中)

②禁止指令重排序

此时针对变量的读写操作,就不会出现重排序的问题了

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